Golang中p256MulInternal和p256SqlInternal函数使用AVX512指令的性能优化探讨

Golang中p256MulInternal和p256SqlInternal函数使用AVX512指令的性能优化探讨 大家好，

在查看了位于 golang/go/src/crypto/elliptic 中的 p256MulInternal 和 p256SqrInternal 方法后，我认为它们可以通过使用最新的 AVX512 指令集来获得性能提升。我正在开发一个主要的加密代币系统，由于这些方法在性能分析中频繁出现，我认为我们的团队可以在这方面做出贡献。

不过，是否有什么原因导致之前没有尝试过这样做呢？

谢谢

2 回复

你好 @Jeff_Winkler，

我不太确定加密库的维护者们是否会定期在这里出没。我估计你通过对应的问题或者在golang-nuts邮件列表中可能会得到更多反馈。

更多关于Golang中p256MulInternal和p256SqlInternal函数使用AVX512指令的性能优化探讨的实战系列教程也可以访问 https://www.itying.com/category-94-b0.html


在Go的椭圆曲线P256实现中，p256MulInternal和p256SqrInternal确实存在AVX512优化空间。当前代码主要使用AVX2指令集，但AVX512能提供更宽的向量寄存器和更多指令，理论上可以提升大整数运算性能。

未采用AVX512的主要原因包括：

  1. 兼容性限制：AVX512需要较新的CPU架构（如Ice Lake及以上），而Go需要支持更广泛的硬件平台
  2. 频率调节：AVX512指令可能导致CPU降频，影响整体性能
  3. 代码复杂度：AVX512编程更复杂，可能增加维护成本

以下是使用AVX512优化P256乘法的示例：

// +build amd64,!appengine,!noasm

#include "textflag.h"

// func p256MulInternalAVX512(res, a, b *[4]uint64)
TEXT ·p256MulInternalAVX512(SB), NOSPLIT, $0
    MOVQ res+0(FP), DI
    MOVQ a+8(FP), SI
    MOVQ b+16(FP), DX
    
    // 加载256位操作数到ZMM寄存器
    VMOVUPD (SI), Z0
    VMOVUPD (DX), Z1
    
    // AVX512整数乘法
    VPMULLQ Z0, Z1, Z2        // 低位乘积
    VPMULHQ Z0, Z1, Z3        // 高位乘积
    
    // 规约运算
    VPADDQ Z2, Z3, Z4
    VPANDQ ·mask52(SB), Z4, Z5
    
    // 存储结果
    VMOVUPD Z5, (DI)
    
    RET

DATA ·mask52<>+0(SB)/8, $0x000fffffffffffff
DATA ·mask52<>+8(SB)/8, $0x000fffffffffffff
DATA ·mask52<>+16(SB)/8, $0x000fffffffffffff
DATA ·mask52<>+24(SB)/8, $0x000fffffffffffff
GLOBL ·mask52<>(SB), RODATA|NOPTR, $32

对于平方运算的AVX512优化：

// func p256SqrInternalAVX512(res, a *[4]uint64)
TEXT ·p256SqrInternalAVX512(SB), NOSPLIT, $0
    MOVQ res+0(FP), DI
    MOVQ a+8(FP), SI
    
    VMOVUPD (SI), Z0
    
    // 使用VPMULUDQ进行平方运算
    VPMULUDQ Z0, Z0, Z1
    
    // 规约处理
    VPSRLQ $52, Z1, Z2
    VPANDQ ·mask52(SB), Z1, Z3
    
    // 合并结果
    VPADDQ Z2, Z3, Z4
    
    VMOVUPD Z4, (DI)
    
    RET

实际优化需要考虑：

  1. 运行时检测：通过cpuid指令检查AVX512支持
  2. 混合实现：保持AVX2回退路径
  3. 内存对齐：确保32字节对齐以获得最佳性能

性能测试应关注：

  • 不同CPU架构的基准测试
  • 热代码路径的实际加速比
  • 功耗和频率变化的影响

如果你们的系统运行在支持AVX512的服务器上，这种优化确实能带来性能提升。建议在贡献前与Go团队讨论具体实现方案。

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